内容正文:
光的反射
1
知识导引
一、光的反射
1.光射到两种介质的交界面时,在界面处被反射回原介质中的现象
称为光的反射。所有物体的表面都会反射光。人们能够看到不发光的物
体,就是因为被它们反射的光射入了眼睛。磨光的金属和漆涂得很好的
家具看上去光亮耀眼,砖瓦和石块看上去比较暗淡,这是因为不同的表
面反射光的情况不同。
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2.光的反射定律。
反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分
居法线的两侧。入射光线与法线的夹角叫入射角;反射光线与法线的夹
角叫反射角;反射角等于入射角。反射时光路是可逆的。
反射光线与法线的夹角和反射光线与镜面的夹角:前者为反射角,
后者的度数等于 减去反射角的度数。当光垂直射向镜面时,入射角
等于 ,反射角也等于 ,光的传播方向改变 。
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注意:光的反射定律内容可概括为:三线(反射光线、入射光线和
法线)共面,两线(反射光线和入射光线)分居(法线)两侧,两角
(反射角和入射角)相等。明确法线的两个特点:①法线是反射光线和
入射光线所成夹角的平分线;②法线和镜面垂直。
4
3.镜面反射和漫反射。
(1)物体对光的反射分为镜面反射和漫反射两类。漫反射使我们
从不同方向都能看到物体。
(2)镜面反射和漫反射的比较:
现象 共同点 不同点 结果
镜面反射 都遵循光的 反
射定律 反射面光滑 平行光反射后仍然平行
漫反射 反射面凹凸不平 平行光反射后沿着不同
的方向
5
注意:不论是镜面反射还是漫反射,都遵循光的反射定律,不能
错误地认为只有镜面反射遵循光的反射定律,事实上漫反射也遵循光的
反射定律。
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二、平面镜成像
平面镜成像的特点。
(1)平面镜所成的像是虚像,实物在镜前,虚像在镜后。
(2)像与物等大且正立,虚像和实物所在位置的连线与镜面垂直,
且两者到镜面的距离是相等的。
注意:有时会错误地认为人走近平面镜时,人的像变大。但其实是
人走近平面镜时,人与平面镜的距离变小,像与平面镜的距离也变小,
像的大小不变。
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典例精析
例1 如图所示,小易利用激光灯、可折转的光屏、平面镜等器材探究光
的反射定律。下列说法中,正确的是( ) 。
B
A.光屏能显示光路,是因为发生了镜面反射
B.将左侧光屏向后折转,是为了探究“反射光线、
入射光线与法线是否在同一平面上”
C.验证“光路可逆”时必须用两个激光灯
D.验证“反射角等于入射角”时,入射角不能为
8
【思路分析】 在光的反射中,三线在同一平面上,光屏能显示光路,
是因为发生了漫反射,A错误;要验证反射光线与入射光线是否在同一
平面内,可以通过让左右两侧光屏不在同一平面内来研究,B正确;验
证“光路可逆”时,如果让光线逆着反射的方向射向镜面,这时的入射角
为原来的反射角,看这时的反射角是否为原来的入射角,运用作图法在
光屏上画出即可,不必用两个激光灯,C错误;入射角等于 时,即
入射光线与镜面垂直,反射光线也垂直于镜面射出,反射光线、入射光
线、法线在同一条直线上,所以验证“反射角等于入射角”时,入射角可
以为 ,D错误。
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【点评】 本题考查探究反射定律的相关知识,正确理解和掌握有关知识是解答本题的关键。
10
例2 为了连续改变反射光的方向,并多次重复这个
过程,方法之一是旋转由许多反射镜面组成的多面
体棱镜(简称镜鼓),如图所示。当激光束以固定
16
180
方向入射到镜鼓的一个反射镜面上时,由于反射镜绕竖直轴旋转,反射
光就可在屏幕上扫出一条水平线。依此类推,每块反射镜都将轮流扫描
一次。如果要求扫描的范围 且每秒扫描48次,那么镜鼓的反射
镜面数目是____个,镜鼓旋转的转速是每分钟_____转。
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【思路分析】 因为要求扫描的范围是 ,入射光线不变,所以反
射光线要转过 ,即法线转过的角度是 ,也就是每个镜面所对
应的圆心角是 。这样镜鼓每转 ,就会让激光照射到下一块镜
面,又重新开始扫描,所以镜面的数目为 (个)。因为每秒扫
描48次,所以每秒转的转数为 (转),即转速为每分钟180转。
【点评】 根据光的反射定律来解决平面镜反射的相关问题是易考点。
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例3 甲、乙两人在照同一个镜子,甲在镜中看到了乙的眼睛。以下说法
中正确的是( ) 。
A
A.乙也一定能看到甲的眼睛 B.乙只能看到甲的眼睛
C.乙不可能看到甲的眼睛 D.乙不可能看到甲的全身
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【思路分析】 甲在镜中看到了乙的眼睛,根据光的反射定律可知,此时是乙的眼睛处发出的光(实际上是别处来的光照射到乙的眼睛处而反射出来的光)经过镜面反射以后再射到甲的眼睛中的结果。由光的反射中的光路可逆原理可知,若将上述光线完全逆转过来,这样的光路仍然是成立的。即由甲的眼睛处发出的光,经镜面反射后,必能投射到乙的眼睛处,即乙从镜中也可以看到甲的眼睛。至于乙通过镜中是否能看到甲的全身,由本题条件是无法做出判断的。
【点评】 光在传播过程中,无论发生光的折射,还是光的反射,光路可逆原理始终存在。
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例4 如图所示为一时钟在平面镜中的像,那么此刻的实际
时间是( ) 。
D
A.1点20分 B.11点20分 C.10点20分 D.10点40分
【思路分析】 要对本题作出判断,可利用逆向思维法,只
要把纸反过来,从背面看一下就可以得出结论。或在读数时,逆时针读出
时针和分针的示数,就是实际时刻。时针指示是10点,分针指示是40分钟,
因此是10点40分。或由数学公式得出,实际时刻等于12点减去平面镜中
钟面指示时刻, 即实际时刻点点20分 点40分。
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【点评】 从平面镜中观察到的是虚像,与实物比较,像和实物上下不变,左右是颠倒的。
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例5 有一种自行车尾灯设计得很巧妙。当后面汽车的灯光以任何方向射
到尾灯上时,它都能把光线“反向射回”。下列4种尾灯的剖面示意图中用
于反光的镜面具有不同的形状,其中能产生上述效果的是( ) 。
B
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
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【思路分析】 如图所示,两平面镜
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和互相垂直,光线射到平面镜上的点发生反射又射到平面镜
上的点,再由 点沿原方向射出。图中两条虚线为两入射点处镜面对应
的法线,各相关角为、、…、。由于 ,故有
,由于, ,故有
,又根据光的反射定律有 和
,故得 。由平行线
的判断定理可知,即此时入射光线 被“反向射回”。显然,这
一结果与光线是由何方向射入没有关系,即光线由任一方向射向这两面
互成直角的平面镜,都会被“反向射回”,而对于单一的平面镜或者是凸
面镜或者是凹面镜,都是不能产生这样的效果的。
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【点评】 光学题目和几何知识的联系非常紧密。解答时一方面要善于作图,把题目意思用图直观地表达出来,另一方面也要灵活应用几何知识。
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例6 小明同学想将一束与水平面成 角的太阳光竖
直射入深井内,如图所示。请你在图中画出反射光线,
并标出反射角度数。
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【思路分析】 本题属于已知入射光线和反射光线(太阳光竖直射入深
井内,即反射光线竖直向下),确定平面镜的位置的类型。此类型题目,
按以下步骤解答:(1)标出入射光线与反射光线的相交点,即为入射点;
(2)作出反射光线与入射光线的角平分线,即为法线;(3)过入射点
作出与法线垂直的平面,即为平面镜应放的位置。本题平面镜应放的位
置在图中已画出,降低了难度。由图可知,反射光线与入射光线的夹角为
,则根据光的反射定律可得反射角等于入射角,即等
于 。
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[答案] 如图所示(见分析图)。
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【点评】 若要计算平面镜与地面的夹角,可以用数学方法证明这个夹角等于 。
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探究活动
例 小明自备器材探究平面镜成像的规律,其情形如图所示,他先把一块平板玻璃垂直立在水平桌面上,再准备A、B两根大小、外形完全一样的蜡烛,然后把点燃的蜡烛A立在玻璃板前面,把蜡烛B放在玻璃板后面,并移动蜡烛B的位置,使它与蜡烛A的像完全重合。
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(1)小明在做探究实验时用透明玻璃板代替平面镜是为了___________
__________。
(2)他选择的蜡烛B与蜡烛A的大小、外形完全一样是为了__________
________。
(3)如果把蜡烛A向镜面移动一段距离,又移动蜡烛B去与蜡烛A的像比
较,会发现蜡烛A的像的大小______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)如果在蜡烛A的像的位置放一个光屏,光屏上______(填“会”或“不
会”)承接到像,这说明平面镜所成的像是____(填“虚”或“实”)像。
看清玻璃板后的情况
比较像与物的大小
不变
不会
虚
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【思路分析】 本题是研究平面镜成像特点的实验,用玻璃板代替平面镜既可以看到玻璃板后面出现蜡烛的虚像,又可以透过玻璃板看到玻璃板后面的另外一根相同的蜡烛,移动后面的蜡烛直到看上去它跟像完全重合,这样做的目的是验证像与物的大小相同。这样做同时还便于确定像的位置。虚像始终与物体等大,所以当物体位置变化时,只要物体大小不变,像的大小就不变。虚像只能通过镜面看到,无法成在光屏上。
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【点评】 在研究平面镜成像特点的实验中,用玻璃板代替平面镜在玻璃板后面移动另外一根相同的蜡烛,不仅达到了成像的效果,而且便于比较像的大小和确定像的位置,这种研究方法——等效替换法在物理学习上经常用到。
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学力训练
A组 夯实基础
1.光污染已成为21世纪人们关注的问题。据测定,室内洁白、平滑的墙壁
能将照射在墙壁上的 的太阳光进行反射,长时间在这样刺眼的环境
中看书学习会感到很不舒服。如果将墙壁做成凹凸不平的面,可以使照
射到墙壁上的太阳光变成散射光,达到保护视力的目的,这是利用了光的
( ) 。
B
A.直线传播 B.漫反射 C.镜面反射 D.折射
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2.下列四个现象中,利用了光的反射现象的是( ) 。
B
A.放大的字
B.水中倒影
C.手影
D.森林中的太阳光
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3.下列有关光的现象中,正确的说法是( ) 。
A
A.阳光下,微风吹拂的河面波光粼粼,这里蕴含着光的反射现象
B.汽车在夜间行驶时,应打开驾驶室里的电灯
C.人在照镜子时,总是靠近镜子去看,其原因是靠近时,平面镜所成的像会变大
D.在暗室里,为了能从镜子中看清自己的脸部,应把手电筒正对镜子照射
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4.关于光的反射,下列说法中正确的是( ) 。
B
A.当入射光线与反射面的夹角为 时,反射角也为
B.入射光线靠近法线时,反射光线也靠近法线
C.入射角增大 时,反射光线与入射光线的夹角也增大
D.镜面反射遵守光的反射定律,漫反射不遵守光的反射定律
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5.光学实验课时,小叶用激光灯对着光滑的大理石地面照射,无意中发现
对面粗糙的墙壁上会出现一个明亮的光斑,而光滑地面上的光斑很暗,对
此现象解释较合理的是( ) 。
B
A.地面吸收了所有的光 B.墙壁对光发生漫反射
C.地面对光发生漫反射 D.墙壁对光发生镜面反射
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6.关于光纤通信,小明曾思考这样的问题:在漫长的线路上,光纤免不了要
拐弯、缠绕,激光通信信号怎能从一端传到另一端呢?后来在“研究光纤
怎样传输光信号”的活动中,他终于明白了激光信号在光纤中( ) 。
C
A.就像水流沿弯曲水管流动那样 B.就像电流沿弯曲导线流动那样
C.不断地经光纤壁反射而向前传播 D.不断地在光纤中折射而向前传播
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7.下列是观察对岸的树木在水中所形成的倒影的光路图,其中正确的是
( ) 。
B
A.&5& B.&6& C.&7& D.&8&
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8.如图所示,物体长,平面镜长 ,物体到平面镜的距离
为 。下列关于物、像、镜的说法,正确的是( ) 。
D
(第8题)
A.物体通过该平面镜不能成完整的像
B.像长与平面镜的长度相同,为
C.物体与像的距离为
D.像长与物体的长度相同,为
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(第9题)
9.如图所示为利用透明玻璃板探究平面镜成像特点的
实验示意图,下列说法中正确的是( ) 。
B
A.像的大小与蜡烛到玻璃板的距离有关
B.蜡烛远离玻璃板过程中,蜡烛的像始终与蜡烛等大
C.把光屏放在玻璃板后像所在的位置,像会成在光屏上
D.用玻璃板代替平面镜是为了能在玻璃板后成一实像
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10.某同学站在竖直放置的平面镜前处,镜中的像与他相距___ 。当
该同学走近平面镜时,镜中像的大小将______(填“变大”“变小”或“不
变”)。
4
不变
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11.【十堰】如图所示,、是平面镜前一点光源 发出的光线经平
面镜反射后形成的两条反射光线,请在图中标出光源和像 的位置,
并完成光路图。
(第11题)
[答案] 如图所示。
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12.如图所示为“探究光的反射规律”的实验装置,其中 是用白色硬
纸板制成的光屏,并能沿折转,垂直于 。
(第12题)
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(1)实验时,将光屏______放置在平面镜上,让一束光紧贴光屏射向
镜面上的 点,可在光屏上看到反射光,如图甲所示;将光屏的右半部
分向后折转任意角度,在光屏上都看不到反射光,如图乙所示,这说明
反射光线、入射光线与法线在____________。
垂直
同一平面内
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(2)某同学的实验数据如下表所示,其中有一组数据测错了,这组数
据是第___次实验测得的,原因可能是将反射光线与________的夹角当
成反射角。
实验次序 1 2 3 4 5 6
入射角
反射角
4
平面镜
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B组 瞄准中考
1.【黄冈】我们学过的许多成语包含了物理知识,下列成语中的“影”是由
光的反射形成的是( ) 。
A
A.杯弓蛇影 B.形影不离 C.形单影只 D.立竿见影
43
(第2题)
2.【哈尔滨】某同学漫步在湖边,看到桥和桥在
水中的倒影组成了景色优美的画面,用照相机
将其拍下。对于桥在水中的倒影和它在底片上
的像,下列说法中正确的是( ) 。
B
A.桥在水中的倒影是光沿直线传播形成的缩小的实像
B.桥在水中的倒影是光的反射形成的等大的虚像
C.底片上的像是光的折射形成的缩小的虚像
D.底片上的像是光的反射形成的等大的实像
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3.【天津】如图所示,一束光斜射到平面镜上,其中反射角是( ) 。
B
(第3题)
A. B. C. D.
45
4.下列各图是物体在平面镜中成像的情况,其中正确的是( ) 。
C
A.&9& B.&10& C.&11& D.&12&
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5.【天津】检查视力的时候,视力表放在被测者头部的后上方,被测者识
别对面墙上镜子里的像,如图所示。视力表在镜中的像与被测者相距
( ) 。
C
(第5题)
A. B. C. D.
47
6.【十堰】有一个点光源,放在平面镜前,若镜不动,光源 以速度
沿与镜面成 角的方向向右做匀速直线运动,如图所示,则光源
在镜中的像 将( ) 。
D
(第6题)
A.以速度沿 直线方向向右平移
B.以速度沿垂直于 方向向上平移
C.以速度沿垂直于 方向向下平移
D.沿方向以速度向 靠近
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7.【宜昌】关于物体通过平面镜成像,下列说法中正确的是( ) 。
C
A.物体通过平面镜所成的像是实像
B.物体离平面镜越远,所成的像越小
C.物体与它在平面镜中所成的像大小一定相等
D.物体到平面镜的距离大于像到平面镜的距离
49
8.【绵阳】在鞋店试穿新鞋时,小明直立着面向竖直放置在地面上的
“试鞋镜”,看不到镜中自己脚上的新鞋。下列动作中,能够让小明看到
镜中自己脚上的一只鞋或者两只鞋的是( ) 。
A
A.站在原地并下蹲 B.保持直立姿势并靠近“试鞋镜”
C.站在原地,竖直向上提起一只脚 D.保持直立姿势并远离“试鞋镜”
9.小军同学身高,当他站在平面镜前 处时,镜中所成的像与他相距
___。若他以的速度远离平面镜运动 ,他的像到平面镜的距离
为___ ,像的大小将______(填“变大”“变小”或“不变”)。
2
3
不变
50
10.如图所示为“探究平面镜成像特点”的实验装置图。
(第10题)
(1)选择用玻璃板代替平面镜进行实验,主要是为了______________
(填“使像更清晰”或“确定像的位置”)。
确定像的位置
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(2)实验中,在竖立的玻璃板前点燃蜡烛,未点燃的蜡烛 竖立于玻
璃板的另一侧,移动蜡烛 ,人眼一直在玻璃板的前侧观察,直至蜡烛
与蜡烛 的像完全重合,这种确定像与物大小关系的方法是_________
____(填“等效替代法”或“控制变量法”)。
等效替代法
(3)在探究的过程中,当蜡烛 远离玻璃板时,它的像的大小将_____
(填“不变”或“变小”)。
不变
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11.利用如图所示的装置进行“探究光的反射规律”实验。
(第11题)
实验序号
1
2
3
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(1)让一束光贴着纸板沿方向射向镜面,在纸板 上可看到光线
沿方向射出,在纸板上用笔描出光线和的轨迹,则 与垂直
镜面的直线的夹角 是________(填“入射角”或“反射角”)。
入射角
(2)多次改变入射角的大小,测得实验数据如左上表所示。分析数据
可得:反射角______(填“大于”“小于”或“等于”)入射角;当入射角变
大时,光线______(填“远离”或“靠近”)直线 。
等于
远离
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(3)以直线为轴,把纸板向前或向后折转,在纸板 上______
(填“能”或“不能”)看到反射光线 ,由此说明反射光线、入射光线
与法线在______(填“同一”或“不同”)平面内。
不能
同一
(4)实验中,从教室各个方向都能看到粗糙纸板表面反射的光线,这
种反射属于________(填“镜面反射”或“漫反射”)。
漫反射
55
12.【广州】如图所示,小明站在地铁站台,他透过玻璃板制成的屏蔽门,
可以看到车道另一侧竖直墙壁上的广告牌,及自己在玻璃屏蔽门后面的
虚像。小明根据该现象设计了在站台上粗测玻璃屏蔽门到车道另一侧广
告牌之间距离 的实验。实验步骤如下,请完成相关内容。
(第12题)
56
(1)小明相对于玻璃屏蔽门前后移动直至观察到___________________
______。
(2)记录____________。
自己的像落在广告牌上时
自己的站位
(3)量出________________________的距离。除记录工具外,小明要完
成上述实验必需使用的仪器是__________________。步骤③中量得的距
离就是玻璃屏蔽门到广告牌之间的距离 ,物理依据是________________
____________________。
自己的站位到玻璃屏蔽门
皮尺(或刻度尺)
像到镜面的距离等于物体到镜面的距离
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C组 冲击金牌
1.小明在听讲座时,想把银幕上用投影仪投影的彩色幻灯片图象用照相机
拍摄下来。由于会场比较暗,他使用了闪光灯。这样拍出来的照片
( ) 。
A
A.反而看不清投影到银幕上的图象,倒是把银幕上的一些污渍拍出来了
B.色彩鲜艳,比不用闪光灯清楚多了
C.色彩被“闪”掉了,拍到的仅有黑色的字和线条
D.与不用闪光灯时效果一样,因为拍摄的是银幕上的像,而不是实际的景物
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(第2题)
2.如图所示,两平面镜相交成 角,一束光线
射到平面镜上,光线经两平面镜反射后与 重合,
但方向相反,则光线与平面镜 的夹角是
( ) 。
A
A. B. C. D.
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3.一个人站在竖直挂置的平面镜前,看不到自己的脚的像,若此人想看到
自己全身的像,则( ) 。
C
A.应该向前移 B.应该向后移
C.向前移或向后移都看不到 D.向前移或向后移都能看到
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(第4题)
4.有一光电控制液面的仪器,是通过光束在液面上的
反射光线射到光电屏(能将光信号转化为电信号进
行处理)上来显示液面高度的。如图所示的光电路
中,当光电屏上的光点由移到 时,表示液面高度
( ) 。
A
A.上升 B.下降 C.不变 D.都有可能
61
5.如图所示,平面镜与垂直放置,在它们的角平分线上的 点处,
放有一个球形发光物体,左半部分为浅色,右半部分为深色,在 点左
侧较远的地方放有一架照相机,不考虑照相机本身在镜中的成像情况,
则拍出照片的示意图正确的是( ) 。
D
(第5题)
A.&13& B.&14&
C.&15& D.&16&
62
6.在两块互成角度为 的平面镜A和B的镜面前方有一点光源,欲使点光
源和它在两平面镜中的像构成等边三角形的三个顶点,那么两平面镜夹
角 只可能是( ) 。
A
A. B. C. D.
63
7.如图所示,、、三条光线会聚于点,若在 点之前任意放一平面镜,
则( ) 。
C
(第7题)
A.三条反射光线可能相交于一点,也可能不相交于一点
B.三条反射光线一定不会相交于一点
C.三条反射光线一定相交于一点
D.三条反射光线的延长线交镜后一点
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(第8题)
8.如图所示,平面镜与桌面成 角放置,一只甲壳虫
从处沿桌面以的速度向着平面镜 处爬动,那
么,平面镜中甲壳虫的虚像向甲壳虫靠拢的速度的大
小是( )
A
A. B. C. D.
65
(第9题)
9.如图所示,两个互相垂直的平面镜组成了激光反射器,如
果入射光线的方向不变,反射器绕 点按顺时针方向转过
,那么经过反射器两次反射后得到的光线将转过
( ) 。
C
A. B. C. D.
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[解析] 如图所示,作出反射器对光线的反射光路图,分析可
知,只要光线在两个面上都发生了反射,那么其反射光线和
入射光线就是平行的。题中入射光线方向并没有改变,反射
光线方向也就不会改变。而旋转反射器只是改变了入射角和反射角,不
会影响最终的反射光线。故选C。
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10.入射光线与镜面的夹角为 时,反射角是_____。若镜面不动,入射
光线向法线转动 时,反射光线和入射光线的夹角是_____。若入射光
线不动,镜面转动 时,反射光线和入射光线的夹角是____________。
或
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(第11题)
11.如图所示为物理学家菲索设计的实验,他第一个测
出了地面上的光速。光源发出的光被毛玻璃片(也能
透过光线)反射后,穿过齿轮的齿隙(如图中 ),然
后经过相当长的距离,从处的平面镜 循原路反射
回来,仍然通过齿隙 而被观察到。若齿轮以某一转速
转动时,从穿出的光线恰被齿1挡住,从 穿过的光线返回时恰被齿2挡住,
这时观察者便看不见光线。如果齿轮的齿数为,每秒钟转转, 距离为
,那么由这个实验测得光速的表达式为__________。
69
$$